法拉第电磁感应定律

3.心有灵犀——电磁感应

磁通量变化会产生感应电动势，因此，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电涡流。这种现象叫电磁感应现象。

电磁感应现象

电磁感应是伟大物理学家法拉第的重大发现。抗磁性的基本来源就是电磁感应。这里感应电流所产生的磁场，对感应它们的磁场变化起着反抗作用，这就是楞次定律。

奥斯特

1820年，奥斯特发现电流磁效应后，许多物理学家便试图寻找它的逆效应，提出了磁是否能产生电、磁能否对电作用的问题。1822年，阿拉戈和洪堡在测量地磁强度时，偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824年，阿拉戈根据这个现象做了铜盘实验，发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转，但磁针的旋转与铜盘不同步，稍有滞后。

电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的两种电磁感应现象。但由于没有直接表现为感应电流，当时并没有加以说明。

1831年8月，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其中一个线圈为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针；另一线圈与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中也出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。于是，他紧接着做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。他把这些现象正式定名为电磁感应。进而，法拉第又发现，在相同条件下，不同金属导体回路中产生的感应电流，与导体的导电能力成正比。他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路、没有感应电流，感应电动势也依然存在。

法拉第

经过不断地研究，法拉第给出了确定感应电流方向的楞次定律，以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同，把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种。前者起源于洛伦兹力，后者起源于变化磁场产生的有旋电场。

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一。它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化，在对其本质深入研究后，所揭示的电、磁场之间的联系，对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。

感应电流的产生必须要具备三个条件：（1）电路是闭合且相通的；（2）穿过闭合电路的磁通量发生变化；（3）电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动（切割磁感线运动就是为了保证闭合电路的磁通量发生改变）。

电磁流使螺钉产生磁力

这三者相辅相成，如果缺少一个条件,就不会有感应电流产生。感应电流的方向跟磁感线方向、导体运动方向有关系；感应电流的大小与导体切割磁感线的有效长度、导体切割速度、磁场强度有关。

电磁感应现象中，之所以强调闭合电路的“一部分导体”，是因为当整个闭合电路切割磁感线时，左右两边产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针，对于整个电路来讲，电流抵消了。

电磁感应是一个能量转换的过程。例如，重力势能、动能等可以转化为电能。热能等电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面，都有着广泛的应用。

电磁灶是应用电磁感应原理进行加热工作的

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科学家小传——物理学家安培

安德烈·玛丽·安培（1775～1836年）法国物理学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和化学也有贡献。电流的国际单位安培，即以他的姓氏命名。

1775 年1月22日，安培生于里昂的一个富商家庭。1836年6月10日，在马赛逝世。

安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究。1820年7月，奥斯特发表关于电流磁效应的论文后，安培报告了他的实验结果：通电的线圈与磁铁相似。到9月25日，他又报告了两根载流导线存在相互影响，相同方向的平行电流彼此相吸，相反方向的平行电流彼此相斥，并对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。通过一系列经典的和简单的实验，他认识到磁是由运动的电产生的。他用这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。他提出分子电流假说：电流从分子的一端流出，通过分子周围空间由另一端注入；非磁化的分子的电流呈均匀对称分布，对外不显示磁性；当受到外界磁体或电流影响时，对称性受到破坏，显示出宏观磁性，这时分子就被磁化了。

在科学高度发展的今天，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。为了进一步说明电流之间的相互作用，1821～1825年，安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并根据这四个实验导出两个电流元之间的相互作用力公式。1827年，安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著，对以后电磁学的发展起了深远的影响。为了纪念安培在电学上的杰出贡献，电流的单位安培就以他的姓氏命名。

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科学家小传——物理学家法拉第

迈克尔·法拉第(1791～1867年)，英国著名物理学家、化学家。在化学、电化学、电磁学等领域都作出过杰出贡献。

他家境贫寒，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中拥有惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范。

迈克尔·法拉第

法拉第，1791年9月22日生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13岁就在一家书店当送报和装订书籍的学徒。他有强烈的求知欲，他会挤出一切休息时间“贪婪”地力图把他装订的一切书籍的内容都从头读一遍。读后还要临摹插图，工工整整地作读书笔记。他用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。在这家书店待了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习，为他以后的科学之路打下了良好的基础。

长大后，作为19世纪伟大实验物理学家的法拉第，并不满足于现象的发现，还力求探索现象后面隐藏着的本质。

他最出色的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。1821年，在读过奥斯特关于电流磁效应的论文后，被这一新的学科领域深深吸引。他刚刚迈入这个领域，就取得了重大成果──发现通电流的导线能绕磁铁旋转，从而跻身著名电学家的行列。因受苏格兰传统科学研究方法影响，通过奥斯特实验，他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁，他坚信磁肯定也能生电。经过10年的探索，历经多次失败后，1831年8月26日，法拉第终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电（或断电）的瞬间，在另一组线圈获得的感生电流，因此他称之为“伏打电感应”。之后，同年10月17日，他又完成了在磁体与闭合线圈相对运动时，在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为“磁电感应”。经过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。